本發(fā)明涉及熱敏電阻材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種PTC高分子熱敏電阻材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
具有正溫度系數(shù)（PTC)特性的導(dǎo)電復(fù)合材料由于其對特殊溫度的快速反應(yīng)性，目 前已被廣泛應(yīng)用于過流保護(hù)組件上。具有正溫度系數(shù)特性的高分子基導(dǎo)電復(fù)合材料（以下 簡稱PTC材料)，通常是由高分子聚合物、導(dǎo)電粒子、無機填料和其他助劑等原料熔融共混而 成。現(xiàn)有成熟技術(shù)中多采用炭黑、石墨、碳纖維、鎳粉等非導(dǎo)電填料來進(jìn)行PTC材料的制備，但 卻仍有其各自無法克服的缺點。
過流保護(hù)用的高分子基正溫度系數(shù)熱敏電阻要求具有阻值低、穩(wěn)定性良好、動作迅速等特點，而使用炭黑、石墨、碳纖維等做非導(dǎo)電填料的PTC元件其內(nèi)阻通常在幾十毫歐， 無法滿足日益提高的過流保護(hù)需求。之后興起了填充鎳粉等導(dǎo)電金屬粉末的低阻型PTC元件，但由于鎳粉容易被氧化，使得元件的穩(wěn)定性受到了很大影響。采用碳化鈦等導(dǎo)電陶瓷材料，其導(dǎo)熱率很高，但導(dǎo)電性能一般，而且同樣存在穩(wěn)定性低的問題。
因此，有關(guān)正溫度系數(shù)熱敏電阻的研究還有待進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種PTC高分子熱敏電阻材料，具有內(nèi)阻低、耐氧化性好、導(dǎo)電性能佳和成本低廉的特點。
本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種PTC高分子熱敏電阻材料，包含以下重量份的組分： 30～50重量份的結(jié)晶型高分子聚合物；1～5重量份的石墨烯，10～30重量份的碳黑；10～30重量份的非導(dǎo)電填料，0.5～1重量份的抗氧化劑。
進(jìn)一步地，所述PTC高分子熱敏電阻材料包含： 35～45重量的份的結(jié)晶型高分子聚合物；2～4重量份的石墨烯；15～25重量份的非導(dǎo)電填料，0.7～0.9重量份的抗氧化劑。
其中，所述碳黑和石墨烯混合為導(dǎo)電填料。
進(jìn)一步地，所述石墨烯為石墨烯類納米材料，所述石墨烯類納米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。且，所述石墨烯類納米材料為以可再生資源碳化制備的活性碳通過改進(jìn)型Hummers法及可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法合成的。
進(jìn)一步地，所述抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑CA中的任一種或多種的混合。
進(jìn)一步地，所述結(jié)晶型高分子聚合物為選自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
進(jìn)一步地，所述非導(dǎo)電填料為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、碳化硅、氮化硅、 硫酸鋇、碳酸鈣中的至少一種。
進(jìn)一步地，一種制備權(quán)利要求1～8所述的PTC高分子熱敏電阻材料的方法，步驟包括：將預(yù)定比例的結(jié)晶型高分子聚合物、石墨烯、碳黑、非導(dǎo)電填料以及抗氧化劑進(jìn)行混合，得到混合物；然后將所述混合物進(jìn)行擠出造粒，以便得到粒料； 將所述粒料進(jìn)行熱壓復(fù)合即可得到所述PTC高分子熱敏電阻材料。
本發(fā)明一種PTC高分子熱敏電阻材料，具有如下的有益效果：
采用石墨烯替代傳統(tǒng)炭黑和鎳粉應(yīng)用在PTC發(fā)熱電阻材料，可以發(fā)揮石墨烯的理論比表面積為2630m2/g的優(yōu)點，有效提升熱敏電阻的導(dǎo)電性，降低熱敏電阻的內(nèi)阻。同時，石墨烯與PTC發(fā)熱高分子材料的其他成分如結(jié)晶型高分子聚合物、非導(dǎo)電填料之間存在著較強的相互作用，充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)熱性能優(yōu)異和機械性能優(yōu)異特點，使制得的熱敏電阻具有較好的耐氧化線，有效延長了熱敏電阻的使用壽命。而且，通過采用少量的石墨烯即可代替炭黑和鎳粉，有效減少原材料的種類和用量，顯著降低了生產(chǎn)的成本。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例及對本發(fā)明產(chǎn)品作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實施例1
本發(fā)明公開了一種PTC高分子熱敏電阻材料，包含以下重量份的組分： 50重量份的結(jié)晶型高分子聚合物； 1重量份的石墨烯和39重量份的碳黑混合為導(dǎo)電填料；9.5重量份的非導(dǎo)電填料， 0.5重量份的抗氧化劑。
將上述比例的各成分進(jìn)行混合，得到混合物；然后將所述混合物進(jìn)行擠出造粒，以便得到粒料； 將所述粒料進(jìn)行熱壓復(fù)合即可得到所述PTC高分子熱敏電阻材料。
在本實施例中，所述石墨烯為石墨烯類納米材料，所述石墨烯類納米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯類納米材料為以可再生資源碳化制備的活性碳通過改進(jìn)型Hummers法及可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法合成的。
本實施例中，所述結(jié)晶型高分子聚合物為選自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
在本實施例中，所述非導(dǎo)電填料為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、碳化硅、氮化硅、 硫酸鋇、碳酸鈣中的至少一種。
本實施例中，所采用的抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑CA中的任一種或多種的混合。
實施例2
本發(fā)明公開了一種PTC高分子熱敏電阻材料，包含以下重量份的組分： 45重量份的結(jié)晶型高分子聚合物；2重量份的石墨烯和43重量份的碳黑混合為導(dǎo)電填料；9重量份的非導(dǎo)電填料，1重量份的抗氧化劑。
將上述比例的各成分進(jìn)行混合，得到混合物；然后將所述混合物進(jìn)行擠出造粒，以便得到粒料； 將所述粒料進(jìn)行熱壓復(fù)合即可得到所述PTC高分子熱敏電阻材料。
在本實施例中，所述石墨烯為石墨烯類納米材料，所述石墨烯類納米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯類納米材料為以可再生資源碳化制備的活性碳通過改進(jìn)型Hummers法及可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法合成的。
在本實施例中，所述結(jié)晶型高分子聚合物為選自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
在本實施例中，所述非導(dǎo)電填料為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、碳化硅、氮化硅、 硫酸鋇、碳酸鈣中的至少一種。
本實施例中，所采用的抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑CA中的任一種或多種的混合。
實施例3
本發(fā)明公開了一種PTC高分子熱敏電阻材料，包含以下重量份的組分： 40重量的份的結(jié)晶型高分子聚合物；3重量份的石墨烯；41.3重量份的碳黑；15重量份的非導(dǎo)電填料，0.7重量份的抗氧化劑。
將上述比例的各成分進(jìn)行混合，得到混合物；然后將所述混合物進(jìn)行擠出造粒，以便得到粒料； 將所述粒料進(jìn)行熱壓復(fù)合即可得到所述PTC高分子熱敏電阻材料。
在本實施例中，所述石墨烯為石墨烯類納米材料，所述石墨烯類納米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯類納米材料為以可再生資源碳化制備的活性碳通過改進(jìn)型Hummers法及可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法合成的。
在本實施例中，所述結(jié)晶型高分子聚合物為選自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
在本實施例中，所述非導(dǎo)電填料為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、碳化硅、氮化硅、 硫酸鋇、碳酸鈣中的至少一種。
本實施例中，所采用的抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑CA中的任一種或多種的混合。
實施例4
本發(fā)明公開了一種PTC高分子熱敏電阻材料，包含以下重量份的組分： 45重量的份的結(jié)晶型高分子聚合物；4重量份的石墨烯；35重量份的碳黑；15重量份的非導(dǎo)電填料，1重量份的抗氧化劑。
將上述比例的各成分進(jìn)行混合，得到混合物；然后將所述混合物進(jìn)行擠出造粒，以便得到粒料； 將所述粒料進(jìn)行熱壓復(fù)合即可得到所述PTC高分子熱敏電阻材料。
在本實施例中，所述石墨烯為石墨烯類納米材料，所述石墨烯類納米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯類納米材料為以可再生資源碳化制備的活性碳通過改進(jìn)型Hummers法及可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法合成的。
在本實施例中，所述結(jié)晶型高分子聚合物為選自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
在本實施例中，所述非導(dǎo)電填料為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、碳化硅、氮化硅、 硫酸鋇、碳酸鈣中的至少一種。
本實施例中，所采用的抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑CA中的任一種或多種的混合。
實施例5
本發(fā)明公開了一種PTC高分子熱敏電阻材料，包含以下重量份的組分： 46.5重量的份的結(jié)晶型高分子聚合物； 3.5重量份的石墨烯；37重量份的碳黑；12重量份的非導(dǎo)電填料，1重量份的抗氧化劑。
將上述比例的各成分進(jìn)行混合，得到混合物；然后將所述混合物進(jìn)行擠出造粒，以便得到粒料； 將所述粒料進(jìn)行熱壓復(fù)合即可得到所述PTC高分子熱敏電阻材料。
在本實施例中，所述石墨烯為石墨烯類納米材料，所述石墨烯類納米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯類納米材料為以可再生資源碳化制備的活性碳通過改進(jìn)型Hummers法及可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法合成的。
在本實施例中，所述結(jié)晶型高分子聚合物為選自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
在本實施例中，所述非導(dǎo)電填料為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、碳化硅、氮化硅、 硫酸鋇、碳酸鈣中的至少一種。
本實施例中，所采用的抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑CA中的任一種或多種的混合。
為了驗證本發(fā)明所述PTC高分子熱敏電阻材料用在熱敏電阻的性能，分別把實施例1～5采用四探針法進(jìn)行室溫內(nèi)阻測試和動作1000次后的室溫內(nèi)阻進(jìn)行測試。與此同時，作為對比，把市售的包含炭黑和鎳粉類型的PTC高分子熱敏電阻材料也采用相同的方法制作為熱敏電阻作為對比例對比，也采用同一儀器采用四探針法在同樣的條件下進(jìn)行相同項目的性能測試。從測試結(jié)果來看實施例1～5制備的樣品的室溫內(nèi)阻顯著低于對比例的樣品，說明含有石墨烯的PTC高分子熱敏電阻材料制備所得的熱敏電阻具有較低的內(nèi)阻；而耐氧化 性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有的包含炭黑和鎳粉的樣品。而且，通過采用少量的石墨烯即可代替炭黑和鎳粉，有效減少原材料的種類和用量，顯著降低了生產(chǎn)的成本。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說明書所述和以上所述而順暢地實施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)對以上實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。